浙江至德鋼業有限公司承接水電產品包括混流式水輪機轉輪的上冠、下環、轉輪及貫流式水輪機轉輪室的球形襯板，材料均為04Cr13Ni5Mo，屬于低碳馬氏體不銹(xiu)鋼。在貫流式水輪機轉輪室焊接生產過程中，經常出現拼接焊縫成形時斷裂、焊縫延時宏觀開裂和內部微觀裂紋等問題。為此，通過對04Cr13Ni5Mo低碳馬氏體不銹鋼焊縫熱處理前后的力學性能和調整焊接順序來降低構件的拘束度進行了試驗并解決或控制裂紋的發生。
一、試驗材料
試驗用板材為5mm厚(hou)04Cr13Ni5Mo鋼板，主要(yao)化學成分和力學性能分別見表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯(xian)微組織(zhi)為回(hui)火馬氏(shi)體(ti)(ti)和少量逆變奧氏(shi)體(ti)(ti)。
二、焊接工藝要點
（1）焊接方法選用混合氣體保護焊。保護氣體（體積分數）為95％Ar＋5％CO2混合氣體。
（2）焊(han)接材料選用哈爾濱焊(han)接研(yan)究(jiu)所(suo)研(yan)制(zhi)的(de)焊(han)絲HS13/5L，其化學(xue)成(cheng)分(fen)見(jian)表4-56。
（3）焊(han)接(jie)(jie)參數電弧(hu)電壓為(wei)(wei)24～32V，焊(han)接(jie)(jie)電流(liu)為(wei)(wei)220～280A（平焊(han)和(he)橫焊(han)）、210～240A（立焊(han)），焊(han)接(jie)(jie)速(su)度為(wei)(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)(han)前準(zhun)備 采用碳弧氣(qi)刨刨制坡口，坡口及(ji)清(qing)根(gen)后的(de)金屬(shu)面需(xu)采用砂輪或旋轉銼將滲層(ceng)打磨掉，直至露出(chu)金屬(shu)光澤(ze)；焊(han)(han)(han)前預熱用煤(mei)氣(qi)管(guan)均勻加熱，確(que)認待焊(han)(han)(han)區溫(wen)度在80～100℃后方可施焊(han)(han)(han)。道間溫(wen)度控制在150℃以下(xia)，而且(qie)必(bi)須進行層(ceng)間清(qing)理，除(chu)掉焊(han)(han)(han)渣等雜物(wu)。
三、退火(huo)處(chu)理對力(li)學性能的影響
采用相同的(de)試(shi)板(ban)、焊(han)(han)材及(ji)焊(han)(han)接(jie)參數焊(han)(han)接(jie)兩組試(shi)板(ban)：一組焊(han)(han)接(jie)后進(jin)行（590±10）℃保溫4h的(de)退(tui)火熱處理(li)(li)；另一組處于焊(han)(han)態。兩組試(shi)板(ban)經UT檢查合格后，按ASTWIX-1989標準進(jin)行力學性能考(kao)核，結果(guo)見(jian)表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可(ke)以看出：熱處理(li)(li)后焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)抗拉(la)強度(du)和硬度(du)比(bi)熱處理(li)(li)前(qian)略有降(jiang)低(di)，彎(wan)曲(qu)和沖擊性能明顯(xian)(xian)好于熱處理(li)(li)前(qian)，也就(jiu)(jiu)是說熱處理(li)(li)后焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)塑性和韌性大幅提(ti)高(gao)；焊(han)(han)態的(de)彎(wan)曲(qu)試(shi)樣，在彎(wan)曲(qu)不到(dao)10°時，焊(han)(han)縫(feng)(feng)處就(jiu)(jiu)明顯(xian)(xian)開裂。
四、不同拘束度(du)對焊縫裂(lie)紋的影響
產品整(zheng)體(ti)(ti)構(gou)(gou)件(jian)猶如一(yi)個大(da)型柜形(xing)結構(gou)(gou)，柜中(zhong)的(de)(de)(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)、中(zhong)間隔板(ban)(ban)、兩(liang)邊(bian)側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為(wei)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料，柜中(zhong)的(de)(de)(de)(de)襯板(ban)(ban)均為(wei)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)。在裝配過(guo)程(cheng)中(zhong)有(you)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)(han)縫、馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫和碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)之間的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫需要焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)。在焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)，常出現500～800mm長的(de)(de)(de)(de)整(zheng)段焊(han)(han)(han)(han)(han)縫在焊(han)(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都(dou)發生(sheng)(sheng)過(guo)整(zheng)條馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫或(huo)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫發生(sheng)(sheng)脆斷，厚(hou)度方向也幾乎裂透(tou)，并伴(ban)隨較大(da)的(de)(de)(de)(de)聲響，斷面整(zheng)齊光滑。產生(sheng)(sheng)脆斷的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要原因是整(zheng)體(ti)(ti)構(gou)(gou)件(jian)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫處在拘束度過(guo)大(da)情況(kuang)下(xia)產生(sheng)(sheng)過(guo)大(da)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應力而造成的(de)(de)(de)(de)，通過(guo)對焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)順序(xu)的(de)(de)(de)(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)(de)拘束度方法解決了這一(yi)難(nan)題。
焊(han)接過程中原先的焊(han)接順序為(wei)：
1）先對碳鋼環板與馬(ma)氏體不銹鋼襯板的(de)進行(xing)整條環縫進行(xing)焊接。
2）再(zai)對碳鋼(gang)合縫板(ban)與(yu)馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板(ban)的(de)整(zheng)條縱縫進行焊焊接。
3）然后對碳鋼(gang)肋(lei)板與馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板的整(zheng)體(ti)縱(zong)縫進行焊接(jie)。
4）最后對碳(tan)鋼板之(zhi)間焊縫和馬氏體不銹鋼襯(chen)板之(zhi)間焊縫分別進行焊接。
經多次(ci)探討(tao)改變的(de)原先(xian)的(de)焊接順序(xu)：
1）先對碳鋼環(huan)板與(yu)馬氏體(ti)不銹鋼襯(chen)板的(de)整條環(huan)縫(feng)焊(han)(han)改(gai)為斷續焊(han)(han)，減少(shao)焊(han)(han)后產生較大的(de)拘束應(ying)力(li)。
2）同樣(yang)對碳(tan)鋼肋板與馬(ma)氏(shi)體不銹鋼襯板的整條縱縫(feng)改為(wei)斷續焊，仍能(neng)減少焊后(hou)產生較(jiao)大的拘(ju)束應力。
3）碳鋼(gang)板(ban)之間(jian)的焊(han)縫和馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)之間(jian)焊(han)縫仍(reng)為分別一次焊(han)成(cheng)。
4）在碳鋼肋板與馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼襯(chen)板縱(zong)縫的(de)斷續焊(han)上進行滿焊(han)。
5）再(zai)在(zai)碳鋼環板(ban)與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板(ban)環縫的斷續焊(han)(han)上進行(xing)滿焊(han)(han)。
6）最后對碳鋼(gang)合縫板(ban)與馬氏體不銹鋼(gang)襯(chen)板(ban)縱(zong)縫進(jin)行滿(man)焊(han)。
在(zai)(zai)焊(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)(ban)本體(ti)(ti)(ti)的(de)環焊(han)縫(feng)時，碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)環板(ban)(ban)(ban)與(yu)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)(ban)不(bu)(bu)要全部焊(han)接(jie)(jie)好(hao)，讓兩端的(de)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)合縫(feng)板(ban)(ban)(ban)與(yu)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)(ban)處于自(zi)由狀(zhuang)態，拘束(shu)度大(da)大(da)降(jiang)低(di)，焊(han)接(jie)(jie)應力(li)得以(yi)有效釋放(fang)，避免(mian)了焊(han)態淬硬性較強的(de)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)縫(feng)在(zai)(zai)較大(da)拘束(shu)度和焊(han)接(jie)(jie)應力(li)下(xia)形成延時脆斷和焊(han)縫(feng)內部裂紋，焊(han)后經(jing)UT探傷(shang)檢查(cha)，各種焊(han)接(jie)(jie)裂紋明(ming)顯減少。構件整體(ti)(ti)(ti)裝配定位焊(han)后，在(zai)(zai)保證焊(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)縫(feng)時不(bu)(bu)會導(dao)致明(ming)顯焊(han)接(jie)(jie)變(bian)形的(de)前提下(xia)，盡可(ke)(ke)(ke)能先焊(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)縫(feng)。焊(han)接(jie)(jie)時從中間(jian)向兩端背向對稱(cheng)施焊(han)，盡可(ke)(ke)(ke)能降(jiang)低(di)構件拘束(shu)度，減少焊(han)接(jie)(jie)應力(li)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)有效地避免(mian)焊(han)縫(feng)延時宏觀開裂。
總(zong)之，通過(guo)焊后熱處(chu)理(li)和調整焊接(jie)順序(xu)，降低構件的拘束度，控(kong)制(zhi)焊縫(feng)宏觀延(yan)遲裂紋，保證了產品的質量。
